(57)【要約】  半導体光源（１）は、レーザ（２）と蛍光体（３）とを含む。レーザ（２）は、レーザ放射（Ｌ）を生成する活性域（２２）を有する半導体本体（２１）を含む。レーザ（２）内に、共振器ミラー（２５）と長手方向軸線（２４）とを有する共振器（２３）が形成されている。レーザ放射（Ｌ）は、動作中に長手方向軸線（２４）に沿って案内および増幅される。活性域（２２）は、少なくとも部分的に共振器（２３）内に設けられている。蛍光体（３）は、共振器（２３）に隙間なく光学的に結合されており、これによってレーザ放射（Ｌ）が、長手方向軸線（２４）を横断する方向で蛍光体（３）に到達し、より長い波長を有する二次放射（Ｓ）に変換される。
2019519936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ（２）と少なくとも１つの蛍光体（３）とを有する半導体光源（１）において、
前記レーザ（２）は、レーザ放射（Ｌ）を生成する少なくとも１つの活性域（２２）を有する半導体本体（２１）を含み、
前記レーザ（２）内に、共振器ミラー（２５）と長手方向軸線（２４）とを有する少なくとも１つの共振器（２３）が形成されており、これによって前記レーザ放射（Ｌ）が、動作中に前記長手方向軸線（２４）に沿って案内および増幅されるようになっており、かつ前記活性域（２２）が、少なくとも部分的に前記共振器（２３）内に設けられており、
前記蛍光体（３）は、前記共振器（２３）に隙間なく光学的に結合されていることで、前記レーザ放射（Ｌ）の少なくとも一部が、前記長手方向軸線（２４）を横断する方向で前記蛍光体（３）に到達し、より長い波長を有する二次放射（Ｓ）に変換される、
半導体光源（１）。
【請求項２】
前記半導体本体（２１）は、前記長手方向軸線（２４）に沿って隆起部を有することで、前記半導体本体（２１）の半導体材料からなるリッジ導波路（２６）が形成されており、
前記半導体光源（１）からは前記二次放射（Ｓ）のみが進出し、前記レーザ放射（Ｌ）は進出せず、
前記共振器ミラー（２５）は、前記長手方向軸線（２４）に対して垂直に方向決めされており、前記共振器（２３）から前記レーザ放射（Ｌ）の多くとも２０％が出射するように構成されている、
請求項１記載の半導体光源（１）。
【請求項３】
前記半導体本体（２１）は、前記長手方向軸線（２４）に沿って隆起部を有することで、前記半導体本体（２１）の半導体材料からなるリッジ導波路（２６）が形成されており、
動作中に混色光が放出されるように、前記半導体光源（１）から前記二次放射（Ｓ）に加えて前記レーザ放射（Ｌ）の一部も進出し、
前記混色光のコヒーレンス長は、多くとも１０μｍである、
請求項１記載の半導体光源（１）。
【請求項４】
前記蛍光体（３）は、少なくとも部分的に、前記半導体本体（２１）の成長方向（Ｇ）に対して垂直な方向でかつ前記長手方向軸線（２４）を横断する方向で、前記リッジ導波路（２６）に隣接して設けられている、
請求項２または３記載の半導体光源（１）。
【請求項５】
前記リッジ導波路（２６）は、少なくとも部分的に、平面図で見て２つの連続する共振器ミラー（２５）の間に湾曲されて延在している、
請求項２から４までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項６】
前記リッジ導波路（２６）は、少なくとも部分的に、変化する幅を有する、
請求項２から５までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項７】
前記幅は、前記リッジ導波路（２６）の平均幅に対して少なくとも１％、多くとも３０％だけ変化する、
請求項６記載の半導体光源（１）。
【請求項８】
前記レーザ（２）は、利得導波型に動作するように構成されていることで、前記半導体本体（２１）が、前記共振器（２３）の領域において一定の厚さを有する、
請求項１記載の半導体光源（１）。
【請求項９】
前記半導体本体（２１）の少なくとも１つの主面に粗面化部（２７）が設けられており、
前記蛍光体（３）は、少なくとも部分的に、前記半導体本体（２１）の、前記粗面化部（２７）と同じ側に、かつ／または前記半導体本体（２１）の、前記粗面化部（２７）とは反対に位置する側に設けられている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１０】
前記蛍光体（３）は、前記半導体本体（２１）と直接的に接触している、かつ／または半導体材料から形成されている、
請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１１】
前記蛍光体（３）は、前記半導体本体（２１）には接触しておらず、
前記蛍光体（３）と前記半導体本体（２１）との間の最小距離は、多くとも０．５μｍである、
請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１２】
前記蛍光体（３）と前記半導体本体（２１）との間に部分的に、前記レーザ放射（Ｌ）に対して透過性である電気絶縁性のパッシベーション層（４）だけが設けられている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１３】
前記蛍光体（３）と前記半導体本体（２１）との間に部分的に、前記半導体本体（２１）に通電する、前記レーザ放射（Ｌ）に対して透過性である導電性のコンタクト層（５）だけが設けられている、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１４】
前記蛍光体（３）の少なくとも一部は、前記半導体本体（２１）内に埋め込まれており、前記半導体本体（２１）は、埋め込まれた前記蛍光体（３）の少なくとも３つの側に存在している、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１５】
前記レーザ（２）は、複数の前記共振器（２３）を有し、前記複数の共振器（２３）の各々は、前記レーザ放射（Ｌ）を前記蛍光体（３）に入射させるように構成されており、
前記蛍光体（３）の少なくとも一部は、２つの隣り合う前記共振器（２３）同士の間に設けられている、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１６】
前記共振器（２３）は、平面図で見て湾曲および／または屈曲されて延在しており、
前記蛍光体（３）は、前記共振器（２３）全体に沿って延在しており、前記レーザ放射（Ｌ）は、前記共振器（２３）全体に沿って前記蛍光体（３）に入射される、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１７】
前記蛍光体（３）は、部分的にのみ前記長手方向軸線（２４）に沿って延在している、
請求項１から１６までのいずれか１項記載の半導体光源（１）。
【請求項１８】
レーザ（２）と少なくとも１つの散乱手段（３３）とを有する半導体光源（１）において、
前記レーザ（２）は、レーザ放射（Ｌ）を生成する少なくとも１つの活性域（２２）を有する半導体本体（２１）を含み、
前記レーザ（２）内に、共振器ミラー（２５）と長手方向軸線（２４）とを有する少なくとも１つの共振器（２３）が形成されていることで、前記レーザ放射（Ｌ）が、動作中に前記長手方向軸線（２４）に沿って案内および増幅され、かつ前記活性域（２２）が、少なくとも部分的に前記共振器（２３）内に設けられており、
前記散乱手段（３３）は、前記共振器（２３）に隙間なく光学的に結合されていることで、前記レーザ放射（Ｌ）が、前記長手方向軸線（２４）を横断する方向で前記散乱手段（３３）に到達し、前記レーザ放射（Ｌ）が散乱して、出射した前記レーザ放射（Ｌ）のコヒーレンス長が、前記散乱手段（３３）によって多くとも１０μｍまで減少されている、
半導体光源（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体光源が提示されている。
【０００２】
解決しようとする課題は、効率的にインコヒーレントである複数の異なる色の光を生成することができる半導体光源を提示することである。
【０００３】
上記の課題は、とりわけ独立請求項に記載された特徴を有する半導体光源によって解決される。好ましい発展形態は、従属請求項の対象である。
【０００４】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体光源は、１つまたは複数のレーザを含む。少なくとも１つのレーザは、超ルミネセンス放射および／またはレーザ放射を生成するように構成されている。好ましくは、規定通りの動作中に超過されるレーザ閾値を超えてレーザ放射が生成される。生成されるレーザ放射は、単色光または実質的に単色光とすることができる。
【０００５】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体光源は、１つまたは複数の蛍光体または蛍光体混合物を含む。蛍光体または蛍光体混合物は、好ましくは以下の蛍光体のうちの少なくとも１つを含む：すなわち、(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+、Sr(Ca,Sr)Si2Al2N6:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3*Si2N2O:Eu2+、(Ca,Ba,Sr)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)[LiAl3N4]:Eu2+のような、Eu2+ドープされた窒化物と；X＝ハロゲン化物、N、または二価元素であり、D＝三価または四価元素であり、RE＝希土類金属である場合のLu3(Al1-xGax)5O12:Ce3+、Y3(Al1-xGax)5O12:Ce3+のような、(Gd,Lu,Tb,Y)3(Al,Ga,D)5(Ο,Χ)12:RE一般系からなるガーネットと；(Ca,Sr,Ba)S:Eu2+のような、Eu2+ドープされた硫化物と；(Ba,Sr,Ca)Si2O2N2:Eu2+のような、Eu2+ドープされたサイオン（SiONe）と；例えばLixMyLnzSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n系からなるサイアロン（SiAlONe）と；RE＝希土類金属である場合のSi6-xAlzOyN8-y:REZ系からなるβサイアロン（beta-SiAlONe）と；RE＝希土類金属およびAE＝アルカリ土類金属である場合のAE2-x-aRExEuaSiO4-xNxまたはAE2-x-aRExEuaSi1-yO4-x-2yNxのような、もしくは(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu2+のような、ニトリドオルトシリケートと；Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+のような、クロロシリケートと；(Sr,Ba,Ca,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+のような、クロロホスフェートと；BaMgAl10O17:Eu2+のような、BaO-MgO-Al2O3系からなるBAM蛍光体と；M5(PO4)3(Cl,F):(Eu2+,Sb2+,Mn2+)のような、ハロホスフェートと；(Sr,Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+のような、SCAP蛍光体と、のうちの少なくとも１つを含む。蛍光体として、欧州特許出願公開第２５４９３３０号明細書に記載された蛍光体を使用することもできる。使用される蛍光体に関して上記の文献の開示内容が参照により本明細書に組み込まれる。蛍光体としてさらに、いわゆる量子ドットを使用することができる。ＩＩ−ＶＩ族化合物および／またはＩＩＩ−Ｖ族化合物および／またはＩＶ−ＶＩ族化合物および／または金属ナノ結晶を含有する、ナノ結晶材料の形態の量子ドットが本明細書においては好ましい。
【０００６】
さらに、蛍光体を、量子井戸または量子ドットのような１つまたは複数の量子井戸構造を有するエピタキシャル成長された半導体層から形成することができる。対応する量子井戸構造は、フォトルミネセンスを介して発光する。さらに、蛍光体は、少なくとも部分的に閉じた層によって、または量子ドットを有する個々の半導体粒子によって形成されているか、またはこのようなものを含むことが可能である。
【０００７】
さらに、蛍光体を散乱手段によって完全に置き換えるか、または蛍光体に追加して散乱手段を設けることが可能である。散乱手段は、例えば層の幾何学的な構造化部、例えば粗面化部によって形成されている。さらに、散乱手段を、それぞれ異なる屈折率を有する２つの材料からの混合物によって、例えば散乱粒子または空洞のような散乱要素が含まれている透光性のマトリックスによって形成することができる。例えば散乱手段は、二酸化チタン粒子が埋め込まれたシリコーン層によって形成されている。蛍光体とは異なり、散乱手段は、レーザ放射のスペクトルの変化をもたらさないか、または有意な変化をもたらさない。散乱手段によれば、レーザ放射の空間放射特性およびコヒーレンス特性のみが変化される。蛍光体の配置に関する実施形態は、散乱手段にも同様に当てはまる。
【０００８】
少なくとも１つの実施形態によれば、放射されたレーザ放射および／または放射された混色光のコヒーレンス長は、散乱手段および／または蛍光体によって多くとも１０μｍまたは５μｍに減少されている。換言すれば、散乱手段および／または蛍光体において、レーザ放射の比較的強力で非相関の確率論的な散乱または偏向が生じ、これによってコヒーレンスが失われるか、または実質的に失われる。コヒーレンス長は、とりわけ散乱手段および／または蛍光体の量によって調整可能である。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つのレーザは、半導体本体を含む。半導体本体は、半導体積層体を含む。半導体積層体内には、レーザ放射を生成する少なくとも１つの活性域が形成されている。活性域において、エレクトロルミネセンスによってレーザ放射が生成される。半導体積層体は、好ましくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料に基づいている。半導体材料は、例えば、AlxInyGa1-x-yNのような窒化物化合物半導体材料であるか、またはAlnIn1-n-mGamPのようなリン化物化合物半導体材料であるか、またはAlnIn1-n-mGamAsもしくはAlnGamIn1-n-mAskP1-kのようなヒ化物化合物半導体材料でもあり、ただし、それぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、かつｎ＋ｍ≦１であり、ならびに０≦ｋ≦１である。この場合、好ましくは、半導体積層体の少なくとも１つの層または全ての層について、０≦ｘ≦０．９かつ０≦ｙ≦０．４ならびに０＜ｎ≦０．８、０．２≦ｍ＜１、かつｎ＋ｍ≦０．９５、かつ０＜ｋ≦０．５が当てはまる。この場合、半導体積層体は、ドープ材料と追加的な成分とを有することができる。しかしながら簡略化のために、別の少量の物質によって部分的に置換可能および／または補足可能である場合であっても、半導体積層体の結晶格子の必須の成分しか、すなわちAl、As、Ga、In、N、またはPしか記載していない。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ内に１つまたは複数の共振器が形成されている。共振器は、好ましくはそれぞれ１つまたは複数の共振器ミラーを有する。さらに、共振器は、好ましくはそれぞれ１つの長手方向軸線を有する。レーザ放射は、長手方向軸線に沿って、とりわけ共振器ミラーによって案内される。この場合、共振器ミラーおよび／または長手方向軸線を、直線状に延在させることができるか、または湾曲させることができる。長手方向軸線が直線状に延在している場合には、共振器ミラーは、好ましくは長手方向軸線に対して垂直に方向決めされている。長手方向軸線が湾曲されて延在している場合には、例えばリング共振器の場合には、共振器ミラーを、リング状の長手方向軸線に対して接線方向にも配置することができる。
【００１１】
半導体光源の動作中、レーザ放射は、長手方向軸線に沿って案内され、好ましくは増幅もされる。換言すれば、活性レーザ媒体は、長手方向軸線に沿って、とりわけ活性域の形態で取り付けられており、これによって、励起された放射の放出が、長手方向軸線に沿った領域において実施される。さらに、活性域は、好ましくは部分的にのみ共振器内に設けられている。
【００１２】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、共振器に光学的に結合されている。このことは、とりわけ共振器内で案内されたレーザ放射が、蛍光体と相互作用することが可能であることを意味する。好ましくは、蛍光体は、共振器に隙間なく結合されており、したがって、蛍光体と共振器との間に排気可能な、またはガスによって充填可能な空洞は設けられていない。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ放射は、主としてまたは排他的に、長手方向軸線を横断する方向で蛍光体に到達する。「横断」とは、０°ではない角度、例えば少なくとも３０°または６０°を意味する。蛍光体において、レーザ放射が二次放射に変換される。二次放射は、好ましくはレーザ放射よりも長い波長を有する。蛍光体に到達したレーザ放射は、部分的または完全に二次放射に変換され、したがって、とりわけレーザ放射は、蛍光体を通過しない。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態では、半導体光源は、レーザと少なくとも１つの蛍光体とを含む。レーザは、レーザ放射を生成する少なくとも１つの活性域を有する半導体本体を含む。レーザ内に、共振器ミラーと長手方向軸線とを有する少なくとも１つの共振器が形成されている。レーザ放射は、動作中に長手方向軸線に沿って案内および増幅される。活性域は、少なくとも部分的に共振器内に設けられている。蛍光体は、好ましくは、共振器に隙間なく光学的に結合されており、これによってレーザ放射の少なくとも一部が、長手方向軸線を横断する方向で蛍光体に到達し、より長い波長を有する二次放射に変換される。
【００１５】
発光半導体構成素子は、例えば発光ダイオード、略してＬＥＤ、およびレーザダイオードによって形成されている。ＬＥＤは、例えば白色光を生成するために蛍光体と組み合わせることが可能であり、低い電流密度において高い効率を示す。しかしながら、ＬＥＤの効率は、いわゆるドループとしても公知のように電流密度が高まるにつれて低下する。ＬＥＤを用いて十分な効率で高い性能を達成するためには、ＬＥＤは、比較的大きな面積を有さなければならず、このことは、高い製造コストに結びついている。
【００１６】
これに対してレーザダイオードの場合には、レーザ閾値を超える電荷担体密度は、ほぼ一定であり、電荷担体密度は、レーザ閾値を超えて増加しないか、またはこれ以上顕著には増加しない。これによって、いわゆるドループ効果を低減または排除することが可能であり、構成素子は、比較的高い電流密度において効率的に動作することが可能となる。しかしながら、レーザの場合には、比較的小さな出射領域において放射が放出されるので、この領域において非常に高い出力密度が生じる。レーザファセットが蛍光体によって直接的に被覆されている場合には、ファセットにおける高い出力密度が蛍光体の飽和および／または破壊をもたらす可能性がある。他のアプローチは、別個のレーザによって蛍光体を照明することであり、この場合には通常、光学素子またはフリーホイーリング区間が中間接続されている。蛍光体とレーザとが別個に配置されていることによって構成部品のサイズが増大し、また、基本的には追加的な光学素子が必要とされる。
【００１７】
本明細書に記載する半導体光源の場合には、高い電流密度において効率的に動作することができるレーザが使用される。この場合、蛍光体の光学的な結合は、ファセットを介して、とりわけ共振器ミラーを介して実施されるのではなく、共振器に沿って結合が実施される。したがって、蛍光体は、レーザ放射によって比較的長距離にわたって比較的中程度の光出力において効率的に励起可能である。蛍光体と共振器との光学的な結合は、例えば比較的薄いクラッド層によって、粗面化部によって、かつ／または共振器および／または共振器を形成する材料の表面構造化部によって達成される。同様にして、結合のためにフォトニック結晶または光学格子を使用することができる。したがって、本明細書に記載する半導体光源によれば、高い出力密度の場合であっても所要面積の小さいコンパクトな構造を実現することが可能である。
【００１８】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザ放射のための共振器ミラーは、非透過性またはほぼ非透過性である。このことは、とりわけ直線状の長手方向軸線に関して、かつ長手方向軸線に対して垂直に方向決めされた共振器ミラーに関して当てはまる。好ましくは、複数の直線状の区分を有する折り曲げられた長手方向軸線に関しても同様のことが当てはまり、この場合、これらの区分は、それぞれ２つの共振器ミラーによって画定されている。例えば、このような長手方向軸線の場合には、半導体光源の規定通りの使用時に、共振器からのレーザ放射の多くとも２０％または１０％または５％または２％または１％または０．１％が共振器ミラーを介して出射する。すなわち、この場合、レーザ放射の大部分は、共振器ミラーを介することなく長手方向軸線を横断する方向で蛍光体に入射される。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によれば、混色光が放出されるように、動作中に半導体光源から二次放射に加えてレーザ放射の一部も進出する。混色光は、例えば白色光であり、この白色光は、例えば黄色の二次放射と青色のレーザ放射とから、または赤色および緑色の二次放射と青色のレーザ放射とから合成することができ、特に好ましくはインコヒーレントな放射である。
【００２０】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体レーザは、長手方向軸線に沿って隆起部を有する。隆起部によって、半導体本体の半導体材料からなるリッジ導波路が形成されている。リッジ導波路によって共振器が規定されている。リッジ導波路に沿って、ひいては長手方向軸線に沿ってレーザ放射が案内される。このようなリッジ導波路は、リッジ型の光導波路（ridge waveguide）とも呼ばれる。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体光源からは二次放射のみが進出し、レーザ放射は進出しない。レーザ放射は、蛍光体によってとりわけ完全に二次放射に変換される。フィルタ要素を設けることが可能であり、フィルタ要素は、状況によって存在し得る、レーザ放射の小さな残留成分をフィルタリングして、この残留成分が半導体光源から進出することを阻止する。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つの蛍光体は、部分的または完全に、半導体本体の成長方向に対して垂直な方向でかつ長手方向軸線を横断する方向で、リッジ導波路に隣接して設けられている。換言すれば、蛍光体とリッジ導波路とは、成長方向に対して垂直な同一の平面に設けられている。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態によれば、リッジ導波路は、少なくとも部分的に、２つの連続する共振器ミラーの間に湾曲されて延在している。このことは、とりわけ成長方向に対して平行な平面図で見た場合に当てはまる。共振器のこの湾曲によって、共振器の品質を低下させることができ、これによってレーザ放射と蛍光体との結合が増加されている。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態によれば、リッジ導波路および／または共振器は、少なくとも部分的に長手方向軸線に沿って変化する幅を有する。この幅は、例えば、リッジ導波路の平均幅に対して少なくとも１％または５％または１０％、および／または多くとも３０％または２５％または２０％だけ変化する。この変化する幅によって、共振器の品質を低下させることができる。したがって、この変化する幅によって、蛍光体へのレーザ放射の出射が増加される。
【００２５】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザは、利得導波型に動作するように構成されている。このようなレーザは、ブロードエリア型レーザとも呼ばれる。このことは、半導体本体が共振器の領域において一定の厚さを有し、リッジ導波路を有さないことを意味する。この場合には、共振器は、好ましくは半導体本体の構造化によって規定されているのではなく、電気的なコンタクトの構造によって規定されている。例えば、その場合、活性域への通電は、長手方向に沿ってのみ実施される。
【００２６】
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体本体は、１つまたは２つの主面および／または側面に粗面化部を有する。主面は、とりわけ成長方向に対して垂直に方向決めされている。側面は、主面を横断する方向に延在する、リッジ導波路の横側とすることができる。粗面化部は、共振器内で案内されたレーザ放射の散乱および／または偏向のために構成されている。粗面化部は、好ましくは粗面化部においてレーザ放射の有意な強度が存在するように、共振器の近傍に到達している。粗面化部の平均深さまたは平均粗さは、好ましくは少なくとも２５ｎｍまたは５０ｎｍ、またはλ／４ｎまたはλ／ｎである。なお、λはレーザ放射のピーク波長を表し、ｎは半導体本体の材料の平均屈折率を表す。
【００２７】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、部分的または完全に、半導体本体の、粗面化部と同じ側に設けられている。あるいは、蛍光体を、部分的または完全に、半導体本体の、粗面化部とは反対に位置する側に配置することが可能である。蛍光体を少なくとも部分的に粗面化部に導入することが可能である。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、半導体本体と直接的に接触している。すなわち、蛍光体と半導体本体とが互いに接触している。この場合には、蛍光体を１つまたは複数の半導体材料から形成することが可能である。とりわけ、蛍光体を半導体本体上に例えばエピタキシャルに堆積させることができる。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、半導体本体には接触していない。すなわち、蛍光体は、半導体本体から離れた場所に取り付けられている。この場合、蛍光体と半導体本体との間の距離は、好ましくは小さい。このことは、蛍光体と半導体本体との間の最小距離が、長手方向軸線に沿った共振器の長さの多くとも１０％または５％または１％であることを意味し得る。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体と半導体本体との間の最小距離は、多くとも２μｍまたは１μｍまたは０．５μｍまたは０．２μｍである。これに代えてまたはこれに加えて、平均距離は、少なくとも２０ｎｍまたは５０ｎｍまたは０．１μｍである。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体と半導体本体との間に部分的または全面的に、レーザ放射に対して透過性である電気絶縁性のパッシベーション層が設けられている。パッシベーション層は、窒化物、または例えば二酸化ケイ素のような酸化物から製造されている。蛍光体と半導体本体との間にはパッシベーション層だけを設けることが可能であるか、または追加的な別の層を設けることが可能である。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体と半導体本体との間に部分的に、レーザ放射に対して透過性である導電性のコンタクト層が設けられている。コンタクト層は、半導体本体に通電するために構成されている。とりわけ、コンタクト層は、ＩＴＯのような透明な導電性酸化物、略してＴＣＯから製造されている。蛍光体と半導体本体との間にはコンタクト層だけを設けることが可能であるか、または蛍光体と半導体本体との間に別の層を設けることが可能である。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、部分的または完全に半導体本体内に埋め込まれている。「埋め込まれている」とは、断面図で見て半導体本体が、埋め込まれた蛍光体の少なくとも３つの側に存在していることを意味し得る。とりわけ蛍光体は、半導体本体上のノッチまたは溝に導入される。ノッチまたは溝は、断面図で見てＶ字形、矩形、またはＵ字形で、またはこれらの組み合わせによって形成することができる。この場合、蛍光体は、成長方向に沿って半導体本体を超えて突出することが可能であり、またはその逆も可能である。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態によれば、レーザは、複数の共振器を含む。この場合、好ましくは共振器の大部分、または全ての共振器が、レーザ放射を生成するように構成されている。この場合、個々の共振器を、複数の異なる波長のレーザ放射のために構成することができるか、または全ての共振器が、同じ１つの波長のレーザ放射を生成することができる。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態によれば、共振器の大部分または全ての共振器が、それぞれのレーザ放射を蛍光体に入射させるように構成されている。換言すれば、共振器の各々の長手方向軸線に沿って、レーザ放射と蛍光体との結合を実施することができる。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、部分的にまたは完全に２つの隣り合う共振器同士の間に設けられている。このことは、平面図において、または断面図においても当てはまる。共振器がリッジ導波路によって実現されている場合には、蛍光体を部分的にまたは完全に共振器同士の間に、ひいてはリッジ導波路同士の間に取り付けることが可能である。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態によれば、共振器は、平面図で見て湾曲および／または屈曲されて延在している。共振器は、メアンダ状または渦巻形または円形に延在することができる。この場合、複数の共振器を、例えば互いに同心円状に配置することができる。
【００３８】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、とりわけ平面図で見て共振器全体に沿って、好ましくは共振器の両側に延在している。これによってレーザ光を、共振器全体に沿って両側で蛍光体に入射させることができる。したがって、共振器と蛍光体との間に大面積の光学的な結合が設けられる。
【００３９】
少なくとも１つの実施形態によれば、それぞれ異なる色で発光する複数の蛍光体が設けられており、これらの蛍光体は、とりわけ量子井戸構造によって形成されている。例えば、赤色光を生成する蛍光体と、青色光を生成する蛍光体と、緑色光を生成する蛍光体とが存在する。それぞれの蛍光体に対応付けられた共振器を、それぞれ別の共振器とは電気的に独立して動作させることが可能である。したがって、複数の異なる蛍光体からの複数の異なる二次放射から合成されている、半導体光源から出射される光の色を、動作中に可変に調整することが可能である。とりわけ、蛍光体のために量子井戸構造を使用する場合には、狭帯域の放出、すなわちスペクトル的に狭帯域の二次放射を実現することが可能である。これによって、良好な色再現性を有するディスプレイでの使用が可能になる。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態によれば、蛍光体は、部分的にのみ長手方向軸線および／または共振器に沿って延在している。レーザ放射は、蛍光体が存在する区域においてのみ、長手方向軸線を横断する方向で共振器から出射することが可能である。
【００４１】
本明細書に記載する半導体光源は、例えば一般照明において、蛍光体が設けられた従来のＬＥＤの代替品として使用可能である。同様にして、本明細書に記載する半導体光源は、例えば劇場分野または自動車分野におけるスポットライトまたはヘッドライトにおいて使用可能である。なぜなら、この半導体光源は、高い強度で比較的小さな発光面積を有し、このことによって後続の光学系によって放出される二次放射の取り扱いが容易になるからである。同様にして、本明細書に記載する半導体光源は、ディスプレイ用のバックライト照明として使用可能であるか、または例えば大型のディスプレイパネルにおける個々のそれぞれ異なる色に調節可能に発光する画素として使用可能である。
【００４２】
以下では、本明細書に記載する半導体光源を、図面を参照しながら実施例に基づいてより詳細に説明する。同一の参照番号は、個々の図面における同じ要素を表している。しかしながら、縮尺関係が示されているわけではなく、むしろ、より良好に理解するために個々の要素が誇張されて大きく示されている場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】光源の１つの変形例の斜視図である。
【図２】本明細書に記載する半導体光源の１つの実施例の概略斜視図である。
【図３】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図４】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図５】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図６】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図７】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図８】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図９】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１０】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１１】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１２】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１３】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１４】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１５】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１６】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１７】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１８】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図１９】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図２０】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図２１】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図２２】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略断面図である。
【図２３】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図２４】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図２５】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図２６】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図２７】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図２８】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図２９】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３０】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３１】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３２】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３３】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３４】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３５】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３６】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３７】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３８】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図３９】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４０】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４１】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４２】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４３】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４４】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４５】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４６】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４７】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【図４８】本明細書に記載する半導体光源の実施例の概略平面図である。
【００４４】
図１には、光源の１つの変形例が図示されている。光源は、半導体本体２１を有するレーザ２を含む。活性域２２において、レーザ放射Ｌが生成される。半導体本体２１から成形されたリッジ導波路２６には、リッジ導波路２６に電流を供給する電気的なコンタクト層６が設けられている。リッジ導波路２６に隣接して、かつリッジ導波路２６の側面に、電気絶縁性のパッシベーション層４が設けられている。
【００４５】
レーザ２のファセットには共振器ミラー２５が設けられており、共振器ミラー２５を介してレーザ放射Ｌが規定通りにレーザ２から出射される。したがって、長手方向軸線２４に沿ってレーザ２の共振器を画定するファセットのうちの一方には、出射が実施されない高反射性の共振器ミラー２５が設けられており、他方のファセットには、図１に図示した出射ミラーが設けられている。すなわち、図１によれば、放射の放出は、ファセットの一方における比較的小さな面積領域において実施される。さらに、レーザ放射Ｌは直接的に放出される。
【００４６】
これに対して図２に示すような半導体光源１の実施例では、長手方向軸線２４に沿って共振器２３を画定する両方の共振器ミラー２５が、レーザ放射に対して高反射性に構成されている。したがって、これらの共振器ミラー２５において放射の出射または放出は実施されない。
【００４７】
このために、長手方向軸線２４に対して垂直であって、かつ半導体積層体の成長方向Ｇに対して垂直である横断方向ｘにおいて共振器２３に隣接して、少なくとも１つの蛍光体３が設けられている。蛍光体３は、共振器２３内で案内されたレーザ放射が蛍光体３に光学的に結合され、より長い波長を有する二次放射Ｓに変換されるように、共振器２３の近傍に設けられている。これによって、二次放射Ｓは、共振器２３の長手方向軸線２４全体にわたって比較的大きな面積で放出される。さらに、二次放射Ｓはインコヒーレントな放射であり、このようなインコヒーレントな放射に対しては、好ましくはレーザ保護規定を遵守しなくてもよい。すなわち、共振器２３内で案内および生成されたレーザ放射は、蛍光体３によって好ましくは完全に二次放射Ｓに変換される。
【００４８】
図３の図示では、活性域２２は、成長方向Ｇに沿ってリッジ導波路２６の下方に設けられている。蛍光体３は、成長方向Ｇに沿ってリッジ導波路２６と同一平面を成している。透光性または非透光性とすることができるコンタクト層５，６は、横断方向ｘにおいてリッジ導波路２６と同一平面を成しているか、またはパッシベーション層４と同一平面を成している。パッシベーション層４は、例えば１５０ｎｍの厚さを有する二酸化ケイ素から形成されている。コンタクト層５，６は、平面図で見て蛍光体３を覆っていない。
【００４９】
図４の実施例では、透光性のコンタクト層５が、蛍光体３全体と、ひいてはリッジ導波路２６とを覆っている。コンタクト層５は、例えばＩＴＯのような透明な金属酸化物から形成されている。この場合、ＩＴＯは、好ましくは９０％〜９５％のIn2O3と、５％〜１０％のSnO2とから形成されている。あるいは、透光性のコンタクト層５は、酸化亜鉛から製造されている。
【００５０】
図５の実施例では、透光性のコンタクト層５が蛍光体３を部分的にしか覆っていないことが示されている。したがって、蛍光体３は、部分的に透光性のコンタクト層５と直接的に接触することができる。
【００５１】
パッシベーション層４は、他の全ての実施例においても可能であるように、Al、Ce、Ga、Hf、In、Mg、Nb、Rh、Sb、Si、Sn、Ta、Ti、Zn、および／またはZrの酸化物、窒化物、または酸窒化物から形成されている。さらに、パッシベーション層４を、SiC、ダイヤモンド、またはダイヤモンドライクカーボン、略してＤＬＣのような高熱伝導性材料から製造することができる。パッシベーション層４の厚さは、それぞれ好ましくは少なくとも５ｎｍまたは１０ｎｍ、および／または多くとも５μｍまたは０．２μｍまたは４０ｎｍである。
【００５２】
図６によれば、好ましくは電気絶縁性である蛍光体３が、リッジ導波路２６を有する半導体本体２１に直接的に設けられている。リッジ導波路２６の側面は、蛍光体３によって完全に覆われている。
【００５３】
図７の実施例では、複数の共振器２３、ひいては複数のリッジ導波路２６が存在することが見て取れる。複数のリッジ導波路２６の各々において、好ましくはレーザ放射が生成される。蛍光体３は、それぞれリッジ導波路２６の両側において半導体本体２１に導入されており、成長方向Ｇに沿って半導体本体２１とほぼ同一平面を成している。透光性のコンタクト層５は、リッジ導波路２６および蛍光体３を完全に覆っている。
【００５４】
図８の実施例では、横断方向ｘに沿って隣り合うリッジ導波路２６同士の間にそれぞれパッシベーション層４が設けられている。リッジ導波路２６の側面は、パッシベーション層４によって覆われていない限り、蛍光体３の層によって被覆されている。この場合、蛍光体３は、１つのリッジ導波路２６から隣り合う１つのリッジ導波路２６へと連続して到達しているわけではない。透光性のコンタクト層５の材料は、少なくとも、隣り合うリッジ導波路２６同士の間、および／または蛍光体３を有する隣り合う区域同士の間に存在する領域においては、パッシベーション層４まで延在する。
【００５５】
図９には、レーザ２が、利得導波型レーザとも呼ばれるブロードエリア型レーザとして構成されていることが示されている。共振器２３は、透光性のコンタクト層５が半導体本体２１に接している領域に形成されている。活性域２２は、ほぼこれらの領域においてのみ通電され、したがって、これらの領域においてのみレーザ放射が生成される。このことは、図９において、活性域２２における斜線の領域によって示唆されている。
【００５６】
蛍光体３は、完全に、半導体本体２１と透光性のコンタクト層５との間に設けられている。共振器２３同士の間の領域では、蛍光体３が半導体本体２１に接触している。
【００５７】
図１０には、リッジ導波路２６のうちの１つの中および／または上にも蛍光体３を設けることができることが図示されている。したがって、図１０の蛍光体３は、リッジ導波路２６内に埋め込まれており、成長方向Ｇに沿ってリッジ導波路２６と同一平面を成している。パッシベーション層４は、リッジ導波路２６に隣接する領域において半導体本体２１を覆っており、パッシベーション層４は、成長方向Ｇに沿ってリッジ導波路２６と同一平面を成すことができる。リッジ導波路２６は、面状の透光性のコンタクト層５によって完全に覆われている。
【００５８】
リッジ導波路２６内に埋め込まれたこのような蛍光体を、図３〜９による蛍光体の配置と組み合わせることもできる。
【００５９】
図１１の実施例では、蛍光体３は、それぞれ１つの共振器に対応付けることができる複数の領域において、透光性のコンタクト層５内に完全に埋め込まれている。このような配置は、図１１に図示した利得導波型レーザに加えて、リッジ導波路２６を有するレーザにおいても使用することができる。
【００６０】
図１２によれば、複数の異なる蛍光体３Ｒ，３Ｇが設けられている。例えば、蛍光体３Ｒによって赤色光が生成され、蛍光体３Ｇによって緑色光が生成される。したがって、例えば青色のレーザ放射のための散乱手段と組み合わせることにより、半導体光源１によって混色光、とりわけ白色光を生成および放射することができる。
【００６１】
図１３の実施例では、複数の共振器２３が設けられており、複数の共振器２３の各々に、蛍光体３Ｒ，３Ｇ，３Ｂのうちの１つが一義的に対応付けられている。例えば、蛍光体３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ対応する共振器２３内に埋め込まれている。これらの共振器２３は、赤色光、緑色光、および青色光のためのＲＧＢ光源が形成されるように、好ましくは個々に互いに独立して電気的に制御可能である。
【００６２】
それぞれの透光性のコンタクト層５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは、横断方向ｘにおいて、それぞれ対応する共振器２３を越えて突出することができる。パッシベーション層４は、成長方向Ｇに沿ってコンタクト層５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの側面まで到達することができる。
【００６３】
図１４には、半導体本体２１の、コンタクト層５，６とは反対に位置する側に、ミラー７が設けられていることが図示されている。ミラー７が導電性材料から製造されている場合には、このミラー７を同時に電気的な裏面コンタクト８として構成することができる。このようなミラー７によって、蛍光体３の側における放射の出射効率が増加されている。このようなミラー７を、他の全ての実施例においても設けることができる。
【００６４】
例えばミラー７は、例えばAg、Au、Rh、Ir、および／またはAlから形成されているか、または例えばAg、Au、Rh、Ir、および／またはAlからなる金属性の層を含む。あるいは、ミラー７は、ブラッグ反射器として構成されており、高屈折率と低屈折率とを交互に有する複数の誘電体層を有する。同様にして、ブラッグ反射器と金属性のミラーとを組み合わせることも可能である。
【００６５】
図１５によれば、一方では、ミラー７が専用の層内に設けられており、さらには、電気的な裏面コンタクト８が半導体本体２１に直接的に設けられている。ミラー７と半導体本体２１との間の、共振器２３に隣接する領域には、別のパッシベーション層４ｂが設けられており、この別のパッシベーション層４ｂは、蛍光体３に接するパッシベーション層４ａとは反対に位置する。裏面コンタクト８を、共振器２３の下方の領域に限定することができる。
【００６６】
図１６には、透光性のコンタクト層５が、成長方向Ｇの全体に沿ってパッシベーション層４に全面的に追従していることが図示されている。コンタクト層５の上には蛍光体３が被着されている。この場合、コンタクト層５は、好ましくは、例えば多くとも５００ｎｍまたは３００ｎｍ、好ましくは多くとも２００ｎｍの比較的薄い厚さを有する。
【００６７】
図１７によれば、コンタクト層５とは反対に位置する側に裏面コンタクト８が設けられており、この裏面コンタクト８は、全面的に被着されることができ、透光性である。透光性のコンタクト層５には第１の蛍光体３ａが設けられており、裏面コンタクト８の、半導体本体２１とは反対を向いた側には、第２の蛍光体３ｂが設けられている。第２の蛍光体３ｂの、半導体本体２１とは反対を向いた側には、任意選択的にミラー７が設けられている。
【００６８】
図１８には、半導体本体２１に粗面化部２７が設けられていることが示されている。リッジ導波路２６内で案内されたレーザ放射は、粗面化部２７を介して蛍光体３に向かって散乱する。この場合、非透光性の電気的なコンタクト層６は、半導体本体２１に接する図示しない基板を介して光の出射が実施可能となるように、好ましくはミラー７として構成されている。このような配置では、半導体本体２１からの廃熱の放熱を改善することが可能となる。
【００６９】
粗面化部２７は、レーザ放射の光偏向に代えてまたはこれに加えて、蛍光体３において生成された二次放射の出射効率を増加させるためにも使用することができる。
【００７０】
図１９によれば、反射性の非透光性のコンタクト層６は、半導体本体２１の放熱のために使用される。蛍光体３は、半導体本体２１の、コンタクト層６とは反対に位置する側に設けられている。
【００７１】
図２０の実施例では、透光性コンタクト層５の、半導体本体２１とは反対を向いた側に、蛍光体３が設けられている。リッジ導波路２６は、ミラー７として構成された非透光性のコンタクト層６内に設けられている。
【００７２】
図２１を参照すると、蛍光体３とリッジ導波路２６とのより良好な光学的な結合のために、蛍光体３に、パッシベーション層４に、および／または半導体本体２１の、蛍光体３とは反対を向いた側に、それぞれ１つの粗面化部２７を形成することができる。リッジ導波路２６内で案内された光は、少なくとも１つの粗面化部２７を介して乱され、蛍光体３へと偏向される。粗面化部２７の平均深さおよび／または平均粗さは、少なくともλ／ｎ、好ましくは少なくとも０．５μｍ、および／または多くとも２０μｍまたは多くとも６μｍである。
【００７３】
図２２には、例えば半導体本体２１の形成時における所定の連続的な成長条件によって半導体本体２１の内部に粗面化部２７が生成されていることが示されている。あるいは、粗面化部２７を、半導体本体２１と図示しない基板との間、例えばサファイアからなる成長基板との間に設けることが可能である。すなわち、粗面化部２７は、構造化されたサファイア基板、略してＰＳＳに由来することができる。
【００７４】
図１８、２１、および２２に図示するようなこのような粗面化部２７を、他の全ての実施例においても設けることができる。
【００７５】
図２を参照すると、図３〜２２に示す断面図は、長手方向軸線２４全体に沿って一定かつ不変の組成および幾何形状で延在することができる。あるいは、長手方向軸線２４に沿って異なる配置および／または蛍光体３を設けることが可能である。
【００７６】
図２３には、半導体光源１の概略平面図が示されている。それぞれリッジ導波路２６として構成された複数の共振器２３が設けられていることが見て取れる。高反射性の共振器ミラー２５は、共振器２３に対して垂直に方向決めされている。蛍光体３は、共振器２３を除いて半導体本体２１を好ましくは完全にまたは実質的に完全に覆っている。
【００７７】
図２４には、例えば半導体本体２１を圧砕し、次いで例えばブラッグミラーのようなミラーを被着させることによって高反射性の共振器ミラー２５が製造されていることが図示されている。あるいは、エッチングし、任意選択的にその後にミラーを被着させることによっても、共振器２３のこのような端面ファセットを製造することができる。
【００７８】
図２５には、ファセットと、ひいては共振器ミラー２５とが、とりわけ長手方向軸線２４に対して４５°の角度で互いに向かって先細っていることが示されている。これによって、全反射を最大限に利用して動作可能な、複数の共振器ミラー２５からなる１つの再帰反射器が得られる。さらに、このような再帰反射器に、ブラッグ反射器の形態および／または金属ミラーの形態のミラーを被着させることが可能である。
【００７９】
図２６の実施例では、共振器２３がメアンダ状に形成されており、複数の湾曲部を有する。共振器２３の湾曲領域には、それぞれ４５°のファセットおよび／または共振器ミラー２５を設けることができる。この場合、共振器２３は、互いに平行に延在する複数の領域を有することができる。２つの連続する共振器ミラー２５の間には、長手方向軸線２４がそれぞれ直線状に延在している。
【００８０】
図２７によれば、共振器２３全体が直線状に延在している。この場合、半導体本体２１は、平面図で見て高いアスペクト比を有する。例えば、長手方向軸線２４に沿った長さと、横断方向ｘに沿った長さとの商は、少なくとも５または１０または２０または４０である。したがって、半導体光源１は、一般的にほぼ正方形に形成されるＬＥＤとは対照的に、細長く伸びた幾何形状を有する。
【００８１】
図２８では、リング状の閉じた長手方向軸線２４を有する複数のリング共振器が設けられている。共振器２３は、平面図で見てほぼ正方形または長方形に形成されており、角部領域において、それぞれ４５°で斜めに延在する光偏向のための領域を有する。
【００８２】
図２９に図示するような共振器２３は、互いに同心円状に延在する複数の円形リング共振器である。この場合、共振器ミラーは、円形リング共振器に対する接線となる反射性の側面によって形成されている。
【００８３】
図２８および２９とは異なり、それぞれただ１つの閉じたリング共振器２３だけを設けることもできる。
【００８４】
図２８および２９の配置では、エラーを起こしやすい共振器の端面ファセットをこれによって回避することができる。
【００８５】
図３０の実施例では、複数の側にミラーが被着された共振器２３が設けられており、この共振器２３では、リングモードを形成することができる。周囲を取り巻いている共振器ミラー２５は、蛍光体３によって取り囲まれている。
【００８６】
図３１による共振器２３は、渦巻形の共振器として形成されており、共振器２３の曲率半径が内側に向かって減少し、かつ共振器２３が内側に向かって収縮するように螺旋形状を有する。
【００８７】
図２３〜３１の共振器は、図３〜２２に関連して説明したような、蛍光体３およびレーザ２の全ての形態と組み合わせることができる。後述する図３２〜３９の共振器２３に関しても同様のことが当てはまる。
【００８８】
共振器２３からのレーザ放射の出射を増加させるために、共振器２３の、とりわけリッジ導波路の側面を意図的に構造化および／または粗面化することができる。図３２には、リッジ導波路および共振器２３の側面における粗面化部が不規則であることが図示されている。
【００８９】
図３３によれば、規則的な正弦波状の構造化部が設けられている。共振器２５の両方の側面において構造化部が同相に延在している、図３３に示すものとは異なり、長手方向軸線２４を構造化部のための対称軸線とすることができる。この場合、横断方向ｘにおける共振器２３の平均幅は、例えば約１５μｍであり、粗面化部による変調は、例えば２０％に相当する約３μｍの範囲にある。粗面化部の長手方向軸線２４に沿った変調周期は、例えば共振器２３の平均幅の少なくとも５０％、および／または多くとも３００％である。これに代えてまたはこれに加えて、変調周期は、少なくとも１μｍまたは１０μｍ、および／または多くとも１００μｍまたは５００μｍである。この場合、共振器２３は、好ましくは他の全ての実施例においても当てはまるように、ファセットおよび共振器ミラー２５に対して垂直またはほぼ垂直に方向決めされている。
【００９０】
図３４によれば、共振器２３は、複数の屈曲部を有する。屈曲角度は、長手方向軸線２４に対して多くとも４５°または３０°または１５°、および／または少なくとも０．５°または１°または５°または１０°である。連続した屈曲部の間の距離は、好ましくは共振器２３の平均幅の少なくとも１５０％または４００％、および／または多くとも１０００％または６００％である。共振器２３の幅は、長手方向軸線２４に沿って一定またはほぼ一定とすることができる。これに代えてまたはこれに加えて、連続した屈曲部の間の距離は、少なくとも１μｍまたは１０μｍ、および／または多くとも１００μｍまたは５００μｍである。
【００９１】
図３５によれば、共振器２３は、矩形の狭窄部および拡幅部を有し、この場合、長手方向軸線２４を対称軸線とすることができる。狭窄部は、共振器２３の平均幅の約２０％である。隣り合う狭窄部同士の間の距離は、好ましくは長手方向軸線２４に沿ったそれぞれの狭窄部の長さよりも小さい。狭窄部の平均長さは、例えば共振器２３の平均幅の少なくとも５０％、および／または多くとも４００％である。
【００９２】
図３３または３５に関連して開示するような共振器の形態が、特に好ましい。
【００９３】
図３６の実施例では、共振器２３は、菱形または台形または平行四辺形に形成された拡幅部を有する。この場合、長手方向軸線２４は、好ましくは拡幅部のための対称軸線ではない。拡幅部の寸法に関しては、図３３および３５に関して説明したことが好ましくは相応に当てはまる。
【００９４】
図３２〜３６の粗面化部または構造化部に加えてまたはこれに代えて、共振器２３は、共振器２３からの散乱損失を増加させるために湾曲されて延在することができる。好ましくは、入射波と反射波との間の良好な重畳と高反射率とを可能にするために、共振器２３の端部は、ここでもそれぞれ半導体本体２１のファセットおよび／または共振器端部ミラー２５に対して垂直またはほぼ垂直に方向決めされている。
【００９５】
図３７によれば、共振器２３に沿って異なる曲率が設けられている。とりわけ、共振器２３の中間領域には、長手方向軸線２４に沿って比較的小さい曲率半径が設けられている。共振器２３は、横断方向ｘに対して平行な対称軸線を有することができる。
【００９６】
図３８には、均一な曲率Ｋが設けられていることが示されている。例えば曲率Ｋは、円弧形である。横断軸線ｘに対して平行な方向における曲率Ｋの程度は、好ましくは共振器２３の平均幅の少なくとも５０％、および／または多くとも１５０％または５００％である。これに代えてまたはこれに加えて、曲率Ｋの程度を１μｍと５０μｍの間とすることができる。
【００９７】
図３９の実施例では、図３２の粗面化部は、湾曲された正弦波状の延在形態と組み合わされている。図３２の粗面化部の代わりに、図３３〜３６の構造化部を使用することもできる。
【００９８】
図４０の実施例では、蛍光体３は、部分的にのみ共振器２３における長手方向軸線２４に沿って設けられている。例えば共振器ミラー２５の近傍の領域は、蛍光体３を含まない。図４０とは異なり、例えば図３５または３６の拡幅部と同様に、蛍光体３を部分的に長手方向軸線２４に沿って設けることが可能である。さらに、図４０とは異なり、対称軸線としての共振器２３に関して非対称に、蛍光体３を被着させることも可能である。
【００９９】
図４０に示すように、半導体レーザ１から二次放射Ｓのみが出射する。これによって、レーザ放射は、蛍光体が設けられた領域においてのみ共振器２３から出射される。
【０１００】
これに対して図４１によれば、レーザ放射Ｌも出射される。換言すれば、レーザ放射Ｌは、完全には二次放射Ｓに変換されない。このことは、蛍光体３の厚さおよび／または量を比較的小さくすることによって達成することができる。この場合、出射するレーザ放射Ｌが散乱され、これによって、コヒーレンス長が大幅に減少し、出射する例えば白色の混合光は、干渉することができなくなるか、または有意には干渉することができなくなる。コヒーレンス長を減少させるために、他の全ての実施例と同様に、任意選択的に散乱手段３３を設けることができる。
【０１０１】
さらに、他の全ての実施例と同様に、蛍光体３および／または散乱手段３３を、長手方向軸線２４に沿って変化する厚さで、例えば共振器ミラー２５から離れた領域では比較的厚い厚さで被着させることが可能である。
【０１０２】
図４２の実施例では、蛍光体３は、平面図で見て半導体本体２１に完全に隣接して設けられている。蛍光体３と共振器２３との光学的な結合は、この場合、例えばいわゆる基板モードおよび／または粗面化部を介して実施される。
【０１０３】
最後に、図４３の実施例では、散乱手段３３のみが設けられており、蛍光体は設けられていない。したがって、コヒーレンス長の減少は、散乱手段３３によって達成される。散乱手段によるレーザ放射Ｌの色の変化は生じないか、または有意な変化は生じない。
【０１０４】
図４４の実施例では、半導体本体２１は、リッジ導波路２６とは反対を向いた側に粗面化部２７を有する。リッジ導波路２６の両側には、第１の蛍光体３ａが設けられている。半導体本体２１の粗面化部２７は、第２の蛍光体３ｂによって完全に被覆されているか、またはこれに代えて部分的にのみ被覆されている。蛍光体３ａ，３ｂを同じ組成とすることができるか、または互いに異なる蛍光体を使用することができる。
【０１０５】
粗面化部２７は、半導体本体２１の半導体積層体に設けることも、または半導体本体２１のGaN基板のような基板に設けることもできる。図４４の図示とは異なり、蛍光体３ｂおよび／または粗面化部２７を、リッジ導波路２６に対向する領域に限定することができ、これによって例えば、蛍光体３ｂおよび／または粗面化部２７の幅は、リッジ導波路２６の幅の多くとも２倍または３倍となる。
【０１０６】
図４５および４６の実施例の半導体光源１は、とりわけリッジ導波路２６とは反対を向いた側にそれぞれ１つの凹部２８を有する。あるいは、複数の凹部２８を設けることもできる。少なくとも１つの凹部２８は、好ましくは半導体本体２１に、例えば半導体本体２１の基板に形成されている。
【０１０７】
凹部２８は、蛍光体３，３ｂによって部分的に、または好ましくは完全に充填されている。図４５を参照すると、凹部２８内の蛍光体３，３ｂを、リッジ導波路２６に隣接する蛍光体３ａに追加して設けることができる。図４６を参照すると、同様にして凹部２８内の蛍光体３のみを設けることもできる。
【０１０８】
図４７の実施例では、例えば色再現性、とりわけ赤色成分の色再現性を改善するために、赤色光を生成する第２の蛍光体３ｂを有する追加的な赤色変換器面が被着されている。第１の蛍光体３ａは、好ましくは黄色光を生成するために使用され、この黄色光は、とりわけ半導体本体２１からの青色光と一緒に混合されて白色光を形成することができる。
【０１０９】
この場合、赤色蛍光体３ｂは、比較的非効率的であることが多いので、他の色のための蛍光体３ａよりも大きい面積を占領することができる。赤色蛍光体３ｂを、図４７に示すように例えば粗面化することなく半導体本体２１の上に直接的に被着させることができる。あるいは、図４４と同様に粗面化部を設けることができ、かつ／または半導体本体２１と蛍光体３ｂとの間に、図示しない中間層、例えば蛍光体３ｂがセラミック層である場合には接着層を設けることができる。
【０１１０】
赤色蛍光体３ｂを有するこのような構成を、他の全ての実施例においても設けることができる。
【０１１１】
図４８を参照すると、放射された光の色位置を適切に調整するために、かつ／またはレーザ光を効率的に変換するため、例えば完全に変換するために、半導体光源１の１つまたは複数の側に波長選択性のミラー７を設けることが可能である。例えば、このミラー７は、少なくとも１つの蛍光体３ａ，３ｂによって変換された光に対して透過性であるが、半導体本体２１において生成されるようなレーザ光に対しては反射性に作用する。このことは、例えば複数のλ／４層を有するブラッグミラーによって実施することができ、なお、λはレーザ波長であり、とりわけ最大強度の波長である。図４８の図示とは異なり、第２の蛍光体、好ましくは赤色蛍光体３ｂと半導体本体２１との間にミラー７を設けることが可能である。ここでも、粗面化部を設けることができる。
【０１１２】
さらに半導体光源１の側面も被覆することができるこのようなミラー７を、他の全ての実施例においても設けることができる。
【０１１３】
本明細書に記載した発明は、実施例に基づく説明によって限定されていない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲に記載された特徴の任意の組み合わせを含有する任意の新規の特徴および任意の特徴の組み合わせを、この特徴自体またはこの組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施例に明示的に記載されていない場合でも包含する。
【０１１４】
本特許出願は、独国特許出願公開第１０２０１６１１１４４２号明細書の優先権を主張するものであり、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【０１１５】
１  半導体光源
２  レーザ
２１  半導体本体
２２  活性域
２３  共振器
２４  長手方向軸線
２５  共振器ミラー
２６  リッジ導波路
２７  粗面化部
２８  凹部
３  蛍光体
３３  散乱手段
４  電気絶縁性のパッシベーション層
５  透光性の導電性のコンタクト層
６  非透光性の電気的なコンタクト層
７  ミラー
８  電気的な裏面コンタクト
Ｇ  成長方向
Ｋ  曲率
Ｌ  レーザ放射
Ｓ  二次放射
ｘ  横断方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【国際調査報告】
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